Conjunto de anillo de turbina.

Conjunto de anillo de turbina que comprende una pluralidad de sectores de anillo (10) en una sola pieza de material compuesto de matriz cerámica y una estructura de soporte de anillo,

siendo cada sector de anillo de sección sensiblemente en forma de π y teniendo una primera parte (12) que forma base anular con una cara interna que define la cara interna del anillo de turbina y una cara externa a partir de la cual se extienden dos partes que forman patas (14, 16) cuyas extremidades quedan insertadas en alojamientos de la estructura de soporte de anillo,

caracterizado porque las extremidades (14a, 16a) de la patas (14, 16) de los sectores de anillo quedan mantenidas sin holgura radial por la estructura de soporte de anillo.

Conjunto de anillo de turbina

Antecedentes de la invención La invención concierne a un conjunto de anillo de turbina para una turbomáquina, cuyo conjunto comprende una pluralidad de sectores de anillo en una sola pieza de material compuesto de matriz cerámica y una estructura de soporte de anillo.

El ámbito de aplicación de la invención es especialmente el de los motores aeronáuticos de turbina de gas. La invención es sin embargo aplicable a otras turbomáquinas, por ejemplo turbomáquinas industriales.

Los materiales compuestos de matriz cerámica, o CMC, son conocidos por sus buenas propiedades mecánicas que les hacen aptos para constituir elementos de estructura, y por su capacidad de conservar estas propiedades a temperaturas elevadas.

En motores aeronáuticos de turbina de gas, la mejora del rendimiento y la reducción de las emisiones contaminantes conducen a buscar un funcionamiento a temperaturas cada vez más elevadas.

Por ello, se ha considerado ya la utilización de CMC para diferentes partes calientes de tales motores, puesto que los CMC tienen una masa volúmica inferior a la de los metales refractarios utilizados tradicionalmente.

Así, la realización de sectores de anillo de turbina en una sola pieza de CMC está a su vez descrita en el documento US 6 932 566. Los sectores de anillo son de sección meridiana en forma de K o π con una base anular cuya cara interna define la cara interna del anillo de turbina y una cara externa a partir de la cual se extienden dos partes que forman patas cuyas extremidades quedan introducidas en alojamientos en U de una estructura metálica de soporte de anillo. Las patas tienen sus extremidades introducidas con holgura radial en los alojamientos en U y son mantenidas en apoyo radial sobre una superficie de los alojamientos por medio de un órgano elástico que ejerce sobre el sector de anillo una fuerza de solicitación dirigida radialmente hacia el eje del anillo.

La introducción con holgura de las extremidades de las patas en los alojamientos permite una adaptación a una dilatación diferencial entre el CMC y el metal de la estructura de soporte de anillo pero el montaje elástico presenta varios inconvenientes.

Así, tal montaje elástico a penas es compatible con un mecanizado de acabado que habitualmente se realiza tras un montaje inicial de los sectores de anillo para conferir a la superficie interna del anillo una forma cilíndrica casi perfecta.

Además de esto, cuando una cabeza de álabe de una rueda móvil rodeada por el anillo entra en contacto con un revestimiento abrasible presente en su cara interna, el montaje elástico induce un fenómeno vibratorio no deseable.

Además, resulta afectada la estanqueidad entre la vena de flujo gaseoso en el lado interior de los sectores de anillo y el lado exterior de los sectores de anillo.

Un anillo de turbina que tiene patas montadas sin holgura radial en una estructura de soporte está mostrada en el documento EP 1 099 826, pero el anillo es de material monocristalino.

Objeto y resumen de la invención La invención pretende evitar los inconvenientes anteriormente mencionados y a tal efecto propone un conjunto de anillo de turbina que comprende una pluralidad de sectores de anillo en una sola pieza de material compuesto de matriz cerámica y una estructura de soporte de anillo, siendo cada sector de anillo en forma de π y teniendo una primera parte que forma base anular con una cara externa a partir de la cual se extienden dos partes que forman patas cuyas extremidades quedan introducidas en alojamientos de la estructura de soporte de anillo, conjunto de anillo de turbina en el cual las extremidades de la patas de los sectores de anillo quedan mantenidas sin holgura radial por la estructura de soporte de anillo.

Así, el conjunto de anillo de turbina se caracteriza porque los sectores de anillo de CMC quedan mantenidos sin holgura radial por la estructura de soporte de anillo y tienen una geometría tal que el mantenimiento se realiza a un nivel relativamente alejado de la zona más caliente en funcionamiento.

Ventajosamente, las patas tienen, en sección meridiana, una longitud libre al menos igual a 3 veces su anchura media.

Ventajosamente todavía, las patas tienen en sección meridiana una forma sensiblemente en S.

De acuerdo con una particularidad del conjunto de anillo de turbina, una o primera de las patas tiene su extremidad mantenida radialmente por inserción en un alojamiento de sección sensiblemente en U de una parte en una sola pieza en forma de enganche de la estructura de soporte de anillo. Esta primera pata es por ejemplo la pata aguas arriba. Preferentemente, el alojamiento en U está delimitado por ramales interno y externo opuestos y el ramal interno tiene una longitud inferior a la del ramal externo.

De acuerdo con otra particularidad del conjunto de anillo de turbina, una o segunda de las patas tiene su extremidad mantenida radialmente sin holgura contra una superficie anular de la estructura de soporte de anillo por medio de una pinza añadida. Esta segunda pata es por ejemplo la pata aguas abajo.

De acuerdo todavía con otra particularidad del conjunto de anillo de turbina, cada sector de anillo queda inmovilizado axialmente por inserción mutua de relieves complementarios formados en superficies de apoyo situadas enfrentadas de la estructura de soporte de anillo. Entre las superficies de apoyo enfrentadas puede estar interpuesta una junta de estanqueidad. El relieve de mantenimiento axial sobre la superficie de apoyo de una pata de enganche puede ser en forma de una ranura que coopera con un nervio formado en la superficie de apoyo de la estructura de soporte de anillo, teniendo la ranura ventajosamente un perfil sensiblemente en forma de V.

Breve descripción de los dibujos La invención se comprenderá mejor con la lectura hecha seguidamente a título indicativo, pero no limitativo, refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista en semicorte meridiano que muestra un modo de realización de un conjunto de anillo de turbina de acuerdo con la invención;

- las figuras 2 a 4 muestran esquemáticamente el montaje de un sector de anillo en la estructura de soporte de anillo del conjunto de anillo de la figura 1;

- las figuras 5A y 5B son planos de armadura de tejido tridimensional que muestran un modo de realización de una pieza de partida fibrosa para un sector de anillo de CMC del conjunto de anillo de la figura 1;

- la figura 6 ilustra una preforma fibrosa para un sector de anillo de CMC del conjunto de anillo de turbina de la figura 1;

- la figura 7 muestra etapas sucesivas de un modo de realización de un soporte de álabe de CMC; y

- la figura 8 es una vista en corte meridiano que muestra una variante de realización de un soporte de anillo de CMC para un conjunto de anillo de turbina de acuerdo con la invención.

Descripción detallada de modos de realización La figura 1 muestra un conjunto de anillo de turbina de alta presión que comprende un anillo de turbina 1 de CMC y una estructura metálica de soporte de anillo 3. El anillo de turbina 1 rodea a un conjunto de álabes rotatorios 5. El anillo de turbina 1 está formado por una pluralidad de sectores de anillo 10, siendo la figura 1 una vista en corte meridiano según un plano que pasa entre dos sectores de anillo contiguos.

Cada soporte de anillo 10 tiene una sección sensibleπmente en forma de π con una base anular 12 cuya cara interna revestida de una capa 13 de material abrasible define la vena de circulación de flujo gaseoso en la turbina. Patas 14, 16 de sección meridiana sensiblemente en forma de S se extienden a partir de la cara externa de la base anular 12 en toda la longitud de ésta. Una de las patas, o pata aguas arriba 14 se extiende hacia aguas arriba y su parte terminal aguas arriba 14a se sitúa aguas arriba de la extremidad aguas arriba de la base anular 12. La otra pata 16, o pata aguas abajo y su parte terminal aguas abajo 16a se sitúa aguas abajo de la extremidad aguas abajo de la base anular 12. Los términos “aguas arriba” y “aguas abajo” son utilizados aquí refiriéndose al sentido de circulación del flujo gaseoso en la turbina (véase la flecha F) .

La estructura de soporte de anillo 3 que es solidaria del cárter de turbina 30 comprende una brida radial aguas arriba anular 32 que lleva un enganche 34 de forma anular de sección meridiana en forma de U abierta en dirección axial hacia aguas abajo. El enganche 34 presenta ramales opuestos anulares interno y externo 34a, 34b. La parte terminal aguas arriba anular 14a de la pata 14 queda insertada entre las caras interiores 35a, 35b de los... [Seguir leyendo]

1. Conjunto de anillo de turbina que comprende una pluralidad de sectores de anillo (10) en una sola pieza de material compuesto de matriz cerámica y una estructura de soporte de anillo, siendo cada sector de anillo de sección sensiblemente en forma de π y teniendo una primera parte (12) que forma base anular con una cara interna que define la cara interna del anillo de turbina y una cara externa a partir de la cual se extienden dos partes que forman patas (14, 16) cuyas extremidades quedan insertadas en alojamientos de la estructura de soporte de anillo,

caracterizado porque las extremidades (14a, 16a) de la patas (14, 16) de los sectores de anillo quedan mantenidas sin holgura radial por la estructura de soporte de anillo.

2. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las patas (14, 16) tienen en sección meridiana una longitud libre al menos igual 3 veces su anchura media.

3. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque las patas (14, 16) tienen en sección meridiana una forma sensiblemente en S.

4. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque una o primera (14) de las patas tiene su extremidad (14a) mantenida radialmente por inserción en un alojamiento de sección sensiblemente en U de una parte en una sola pieza en forma de enganche (34) de la estructura de soporte de anillo.

5. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la primera pata es la pata aguas arriba (14) .

6. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque el alojamiento de sección en U está delimitado por ramales interno y externo opuestos, y el ramal interno (34a) tiene una longitud inferior a la del ramal externo.

7. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque una o segunda (16) de las patas tiene su extremidad (16a) mantenida radialmente sin holgura contra una superficie anular de la estructura de soporte de anillo por medio de una pinza añadida (38) .

8. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la segunda pata es la pata aguas abajo (16) .

9. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque cada soporte de anillo (10) queda inmovilizado axialmente por cooperación mutua de relieves sensiblemente complementarios (17, 37) formados en superficies de apoyo enfrentadas de una pata (16) y de una parte (36) de la estructura de soporte de anillo.

10. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque entre las superficies de apoyo enfrentadas está situada una junta de estanqueidad (20) .

11. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque el relieve de mantenimiento axial en la superficie de apoyo de una pata de enganche (16) es en forma de una ranura

(17) que coopera con un nervio (37) formado en la superficie de apoyo de la estructura de soporte de anillo.

12. Conjunto de anillo de turbina de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque la ranura (17) es de perfil sensiblemente en forma de V.